الهيكل الأساسي للألياف الضوئية
عادة ما يتم تقسيم الألياف العارية للألياف الضوئية إلى ثلاث طبقات: الطبقة الأساسية والكسوة والطلاء.
يتكون قلب الألياف والكسوة من زجاج بمؤشرات انكسار مختلفة، والمركز عبارة عن قلب زجاجي ذو معامل انكسار مرتفع (السيليكا المغطاة بالجرمانيوم)، والوسط عبارة عن كسوة زجاجية من السيليكا ذات معامل انكسار منخفض (السيليكا النقية). يدخل الضوء إلى الألياف بزاوية معينة من الورود، ويحدث الانبعاث الإجمالي بين الألياف والكسوة (لأن معامل انكسار الكسوة أقل قليلاً من القلب)، لذلك يمكن أن ينتشر في الألياف.
وتتمثل المهمة الرئيسية للطلاء في حماية الألياف الضوئية من التلف الخارجي، مع زيادة مرونة الألياف الضوئية. كما ذكرنا سابقًا، فإن القلب والكسوة مصنوعان من الزجاج ولا يمكن ثنيهما وهشاشتهما. استخدام طبقة الطلاء يحمي ويطيل عمر الألياف.
تتم إضافة طبقة من الغلاف الخارجي إلى الألياف غير العارية. بالإضافة إلى حمايتها، يمكن أيضًا استخدام الغلاف الخارجي ذو الألوان المختلفة لتمييز الألياف الضوئية المختلفة.
تنقسم الألياف الضوئية إلى ألياف أحادية الوضع (ألياف أحادية الوضع) وألياف متعددة الأوضاع (ألياف متعددة الأوضاع) وفقًا لوضع الإرسال. يدخل الضوء إلى الألياف بزاوية معينة من الورود، ويحدث انبعاث كامل بين الألياف والكسوة. عندما يكون القطر صغيرًا، يُسمح بمرور اتجاه واحد فقط للضوء، وهو الألياف أحادية الوضع؛ عندما يكون قطر الألياف كبيرًا، يمكن السماح بالضوء. يتم حقنها ونشرها في زوايا عرض متعددة، وهذه المرة يطلق عليها ألياف متعددة الأوضاع.
خصائص نقل الألياف الضوئية
تتميز الألياف الضوئية بخاصيتين رئيسيتين للإرسال: الفقد والتشتت. يشير فقدان الألياف الضوئية إلى التوهين لكل وحدة طول من الألياف الضوئية، بوحدة ديسيبل/كم. يؤثر مستوى فقدان الألياف الضوئية بشكل مباشر على مسافة الإرسال لنظام اتصالات الألياف الضوئية أو المسافة بين محطات الترحيل. يشير تشتت الألياف إلى حقيقة أن الإشارة المرسلة بواسطة الألياف يتم نقلها بواسطة مكونات تردد مختلفة ومكونات وضع مختلفة، وتختلف سرعات الإرسال لمكونات التردد المختلفة ومكونات الوضع المختلفة، مما يؤدي إلى تشويه الإشارة.
ينقسم تشتت الألياف إلى تشتت المواد وتشتت الدليل الموجي والتشتت المشروط. النوعان الأولان من التشتت ينجمان عن كون الإشارة ليست ذات تردد واحد، والنوع الأخير من التشتت ينجم عن كون الإشارة ليست ذات نمط واحد. الإشارة ليست في وضع واحد سوف يسبب تشتت الوضع.
تحتوي الألياف أحادية الوضع على وضع أساسي واحد فقط، لذلك لا يوجد سوى تشتت المواد وتشتت الدليل الموجي، ولا يوجد تشتت مشروط. تحتوي الألياف متعددة الأوضاع على تشتت بين الأوضاع. لا يؤثر تشتت الألياف الضوئية على قدرة نقل الألياف الضوئية فحسب، بل يحد أيضًا من مسافة الترحيل لنظام اتصالات الألياف الضوئية.
ألياف أحادية الوضع
الألياف أحادية الوضع (Single Mode Fiber)، يدخل الضوء إلى الألياف بزاوية سقوط محددة، ويحدث انبعاث كامل بين الألياف والكسوة. عندما يتم تقصير القطر، يُسمح بمرور اتجاه واحد فقط للضوء، وهو الألياف أحادية الوضع؛ النواة الزجاجية المركزية لألياف الوضع رقيقة جدًا، ويبلغ قطر النواة بشكل عام 8.5 أو 9.5 ميكرومتر، وتعمل عند أطوال موجية 1310 و1550 نانومتر.
الألياف المتعددة الوسائط
ألياف متعددة الأوضاع (ألياف متعددة الأوضاع) عبارة عن ألياف تسمح بنقل متعدد الأوضاع. يبلغ القطر الأساسي للألياف متعددة الأوضاع بشكل عام 50μm/62.5μm. نظرًا لأن القطر الأساسي للألياف متعددة الأوضاع كبير نسبيًا، فإنه يمكن أن يسمح بنقل أنماط مختلفة من الضوء على ليف واحد. الأطوال الموجية القياسية للوضع المتعدد هي 850 نانومتر و1300 نانومتر على التوالي. يوجد أيضًا معيار جديد للألياف متعددة الأوضاع يسمى WBMMF (الألياف متعددة الأوضاع واسعة النطاق)، والذي يستخدم أطوال موجية تتراوح بين 850 نانومتر و953 نانومتر.
يبلغ قطر الكسوة لكل من الألياف أحادية الوضع والألياف متعددة الأوضاع 125 ميكرومتر.
ألياف أحادية الوضع أم ألياف متعددة الأوضاع؟
مسافة الإرسال
القطر الأصغر للألياف أحادية الوضع يجعل الانعكاس أكثر إحكامًا، مما يسمح فقط لنمط واحد من الضوء بالانتقال، بحيث يمكن للإشارة الضوئية الانتقال لمسافة أبعد. ومع مرور الضوء عبر القلب، تقل كمية انعكاسات الضوء، مما يقلل التوهين ويسبب المزيد من انتشار الإشارة. نظرًا لعدم وجود تشتت بين الأوضاع أو تشتت صغير بين الأوضاع، يمكن للألياف أحادية الوضع أن تنقل مسافة 40 كيلومترًا أو أكثر دون التأثير على الإشارة. لذلك، يتم استخدام الألياف أحادية الوضع عمومًا لنقل البيانات لمسافات طويلة وتستخدم على نطاق واسع في شركات الاتصالات ومقدمي خدمات تلفزيون الكابل والجامعات، وما إلى ذلك.
تحتوي الألياف متعددة الأوضاع على نواة ذات قطر أكبر ويمكنها نقل الضوء في أوضاع متعددة. في الإرسال متعدد الأوضاع، نظرًا لحجم النواة الأكبر، يكون التشتت بين الأوضاع أكبر، أي أن الإشارة الضوئية "تنتشر" بشكل أسرع. ستنخفض جودة الإشارة أثناء الإرسال لمسافات طويلة، لذلك يتم استخدام الألياف متعددة الأوضاع عادةً للمسافات القصيرة وتطبيقات الصوت/الفيديو والشبكات المحلية (LANs)، ويمكن للألياف متعددة الأوضاع OM3/OM4/OM5 دعم الترددات العالية. -سرعة نقل البيانات.
عرض النطاق الترددي، والقدرة
يتم تعريف عرض النطاق الترددي على أنه القدرة على حمل المعلومات. العامل الرئيسي الذي يؤثر على عرض نطاق نقل الألياف الضوئية هو التشتيتات المختلفة، والتي يعد التشتت المشروط الأكثر أهمية فيها. إن تشتت الألياف أحادية الوضع صغير، لذا يمكنها نقل الضوء في نطاق تردد واسع لمسافة طويلة. نظرًا لأن الألياف متعددة الأوضاع ستنتج تداخلًا وتداخلًا ومشاكل معقدة أخرى، فهي ليست جيدة مثل الألياف أحادية الوضع من حيث عرض النطاق الترددي والسعة. تم ضبط أحدث جيل من عرض النطاق الترددي للألياف متعدد الأوضاع OM5 على 28000 ميجا هرتز/كم، في حين أن عرض النطاق الترددي للألياف أحادي الوضع أكبر بكثير.